3D Printed injection mould tools: Case study and experimentation.

Abstract

3D Print teknologi har længe været brugt til prototypefremstilling, dog har 3D printere altid været bundet til bestemte materialer der passer til den enkelte teknologi. De senere år har de industrielle 3D printer producenter reklameret med at 3D print kan bruges til at producere sprøjtestøbe forme med henblik på på at fremstille sprøjtestøbte prototyper og små serie produktioner. Værdien i denne metode er at prototyperne bliver fremstillet med de samme materialer, og den samme process som ved den reelle produktion. Dette betyder at emnets mekaniske egenskaber og at produktionsværktøjet kan testes. Projektets målsætning var at teste 3D printer producenternes påstande, om at koncep- tet gav store besparelser på både prismæssigt og tidsmæssigt, ved at undersøge de aktuelle anvendelser i industrien samt at udføre et pilot forsøg for at afprøve implementeringen i et reelt industrielt projekt. På baggrund af casestudier blev konceptet’s økonomiske besparelser testet. Besparelsen viste sig at være betragtelig for alle de undersøgte emner, når det drejede sig om at fremstille prototyper. Ser man på små serieproduktioner, er den økonomiske levedygtighed dog meget afhængig af den 3D printet forms holdbarhed, som kan være svær at fastlægge. Pilot forsøget blev udført i samarbejde med en erfaren plastfremstillings virksomhed. Implementeringen af konceptet viste sig at være mere udfordrende end forventet. Dog blev der lært meget af forsøget, og yderligere systematiske forsøg ville med sikkerhed kunne frembringe forbedret resultater med god gentagelighed. Der er ingen tvivl om at der er store besparelser i at 3D printe sprøjtestøbeforme frem for at fræse formene i aluminium, men det kræver planlægning. Indkøringen af 3D printede sprøjtestøbeværktøj er mere vanskelig og tidskrævende end ved traditionelle metal værktøj, og skal der printes flere forme pga. uforudsete hændelser under indkøring, falder både de prismæssige og tidsmæssige besparelser.

3D Printing has long been used for prototyping, however, 3D printers always been tied to certain materials that fit each technology. In recent years, industrial 3D printer manufacturers have advertised that 3D printing can be used to produce injection moulding tools in order to produce injection moulded prototypes and small series production. The value of this method is that the prototypes are manufactured with the same materials and the same process as in the actual production. This means that the mechanical properties of the part and the production tool can be tested before ramping up production. The project’s objective was to test the 3D printer manufacturers’ claims about con- cept’s savings on both price and time, by examining the current industrial applications as well as performing a pilot study to test the implementation of the concept in a real industrial project. Based on case studies, the concept’s economic savings were evaluated. The savings turned out to be significant for all the studied moulds when used for prototype manufac- turing. In the case of short series production, the economic viability, is highly dependent on the 3D printed forms durability, which can be difficult to determine. The pilot study was conducted in collaboration with an experienced plastic manu- facturing company. The implementation of the concept proved to be more challenging than expected. However, much was learned from the experiment, and further systematic experiments would certainly produce improved results with good repeatability. There is no doubt that there are great savings to be done by 3D printing injection mould tools rather than milling the tools in aluminum, but it requires planning. The com- missioning of 3D printed injection moulding tool is more difficult and time consuming than traditional metal tools. If additional tools must be printed due to unforeseen challenges during commissioning, both the cost and time-related saving decline.

A master thesis from Aalborg University

3D Printed injection mould tools: Case study and experimentation.